Reactiesnelheid (4P) - Anorganische verbindingsklassen

Reactiesnelheid (4P) ==================== Botsingsmodel ------------- Vooraleer dat deeltjes kunnen reageren, moet er een botsing plaatsvinden Wanneer deeltjes botsen kunnen we 2 soorten botsingen onderscheiden - ***[Elastische botsingen]*** : zijn botsingen waarbij de deeltjes niet reager...

Reactiesnelheid (4P) ==================== Botsingsmodel ------------- Vooraleer dat deeltjes kunnen reageren, moet er een botsing plaatsvinden Wanneer deeltjes botsen kunnen we 2 soorten botsingen onderscheiden - ***[Elastische botsingen]*** : zijn botsingen waarbij de deeltjes niet reageren en onveranderd uit elkaar gaan - 2 oorzaken: te weinig E~kin~ of onjuiste oriëntatie - ***[Effectieve botsingen]***: zijn botsingen tussen deeltjes die een reactie veroorzaken - Hierbij moeten de deeltjes voldoende kinetische energie bezitten én juist georiënteerd zijn - Tijdens een effectieve botsing ontstaat tijdelijk een *[geactiveerd complex]* - In deze [transitietoestand] of overgangstoestand ontstaan gelijktijdig het verbreken v/d bindingen i/d reagentia e/d nieuwe bindingen v/d reactieproducten - De minimale E~kin~ die nodig is om een effectieve botsing te kunnen veroorzaken noemt men de ***[activeringsenergie]*** E~a~ of E~min~ De snelheid v/e reactie hangt af v/h aantal effectieve botsingen, dat i/e welbepaald volume optreedt, per tijdseenheid - Enkel deeltjes met de nodige activeringsenergie, kunnen effectieve botsingen ondergaan - De reactiesnelheid neemt daarom toe naarmate meer reagentia de nodige activeringsenergie bezitten - Volgende factoren hebben een invloed op de reactiesnelheid - *De aard v/d reagensdeeltjes of de **[beschouwde reactie]*** - *Verklaring*: Het aantal e/d aard v/d bindingen die moeten verbroken/gevormd w, beïnvloeden rechtstreeks de activeringsenergie - *De **[verdelingsgraad]** v/d reagentia i/d heterogeen mengsel* - Een grotere verdelingsgraad zorgt voor een groter contactoppervlak - Het totaal aantal botsingen per tijds- en volume-eenheid en dus ook het aantal effectieve botsingen neemt toe dus de reactiesnelheid neemt toe - De best mogelijke verdeling is deze waarbij de reagentia tot op het moleculaire niveau verdeeld zijn - De maximale verdelingsgraad treft men aan i/e homogeen mengsel - *De hoeveelheid of **[concentratie]** v/d reagentia i/e homogeen mengsel* - Een grotere concentratie v/d reagentia zorgt voor meer deeltjes per volume-eenheid - Dit zorgt voor meer botsingen per tijds- en volume-eenheid en dus ook voor meer effectieve botsingen De reactiesnelheid neemt toe - *Wanneer je het aantal deeltjes weergeeft ifv E~kin~ dan* *krijg je een **[boltzmanverdeling]*** - De waarde van de energie-inhoud die de meeste deeltjes bezitten, is weergegeven met E - E~min~ staat voor: de minimale E die de deeltjes bezitten om effectief te kunnen botsen - De figuur onder geeft het schematisch weer: - Gearceerde deel = deeltjes die genoeg E hebben om botsing de veroorzaken - Via die functie zien we: hoe hoger de c, hoe meer deeltjes genoeg E hebben om te botsen - *De **[temperatuur]** v/h reactiemilieu* - Een hoge temp zorgt voor een hoger gemm E~kin~ v/d deeltjes - Ze bew sneller dus kans op botsing verhoogt - Meer deeltjes bezitten de nodige activeringsenergie - Dus i/h algemeen: hoge temp hogere reactiesnelheid - *De invloed v/e **[katalysator]*** - Een katalysator= een stof die een reactie versnelt (pos katalyse) of vertraagt (neg katalyse), zonder zelf verbruikt te worden - Hoe dat die tussenkomt in de reactie is niet per se gekend maar er zijn 2 mogelijkheden - De pos katalysator kan de reagentia i/d juiste positie met elkaar in contact brengen - Het aantal effectieve botsingen neemt toe de reactiesnelheid stijgt - De katalysator reageert eerst met de reagentia waarbij een tussenproduct met een andere activeringsenergie ontstaat - Uit het tussenproduct ontstaan de katalysator + reactieproducten - Bij een pos katalysator is de activeringsenergie v/h tussenproduct lager - Meer deeltjes bezitten de nodigde activeringsenergie de reactiesnelheid stijgt - Bij een neg katalysator is de activeringsenergie v/h tussenproduct hoger - Minder deeltjes bezitten de nodigde activeringsenergie de reactiesnelheid daalt. Reactiesnelheid --------------- ***[Reactiesnelheid]*** = de verandering v/d conc v/e stof gedurende een bep tijd De gemm reactiesnelheid \ voor een bep tijd wordt met volgende formule berekent - **met:** - **\ de gemiddelde reactiesnelheid uitgedrukt in M/s** - **Q~i~ de coëfficiënt van de gekozen stof** - **∆t het tijdsinterval uitgedrukt in s** - **We gebruiken de absolute waarde v/d concentratieverandering (omdat v altijd een pos getal moet zijn)** - **Met de ogenblikkelijke snelheid (snelheid op een bepaalde tijdstip:** v~t~ = = [\${\\lim\_{\\mathrm{\\Delta}t \\rightarrow 0}\\ \\frac{1}{Q}}\\frac{\|\\mathrm{\\Delta}\\left\\lbrack \\text{\\ \\ } \\right\\rbrack\|}{\\mathrm{\\Delta}t}\$]{.math.inline} - [*Δ*\[ \]\|]{.math.inline}= het verschil in concentratie v/h atoom/ion - **Daarbij is** de ***[vormingssnelhied]*** = [\$\\frac{\|\\mathrm{\\Delta}\\left\\lbrack \\text{\\ \\ } \\right\\rbrack\|}{\\mathrm{\\Delta}t}\$]{.math.inline} *Voorbeeld:* - *Fe^3+^- en Sn^2+^-ionen worden gelijktijdig aan water toegevoegd* - *Onmiddellijk start de reactie: 2 Fe^3+^ + Sn^2+^* → *2 Fe^2+^ + Sn^4+^* - ***38,5 s nadat de reactie gestart is, bedraagt de conc van Fe^2+^ 0,0010 M + de conc van Sn^4+^ 0,00050 M*** - ***Gedurende deze tijd, ∆t = 38,5 s, is de verandering in conc aan Fe^2+^-ionen, ∆\[Fe^2+^\] = 0,0010 M -- 0 = 0,0010 M\ De [gemm vormingssnelheid] voor Fe^2+^ tijdens deze periode berekent men door de verandering in Fe^2+^-conc te delen door het tijdsinterval*** - ***De gemiddelde vormingssnelheid voor Fe^2+^ =*** [\$\\frac{\\mathrm{\\Delta}\\lbrack\\text{Fe}\^{2 +}\\rbrack}{\\mathrm{\\Delta}t}\\ \$]{.math.inline} ***=*** [\$\\frac{0,0010\\ M}{38,5\\ s}\$]{.math.inline} ***= 2,6.10^-5^ M/s*** - ***Gedurende deze 38,5 s, is de verandering in conc aan Sn^4+^-ionen, Δ\[Sn^4+^\] = 0,00050 M -- 0 = 0,00050 M*** - ***Dit is de helft van ∆\[Fe^2+^\] omdat slechts één Sn^4+^-ion voor elke twee Fe^2+^-ionen gevormd wordt*** - ***De stoichiometrische factor van Sn^4+^ ten opzichte van Fe^2+^ is ½*** - ***De gemiddelde vormingssnelheid voor Sn^4+^ =*** [\$\\frac{\\mathrm{\\Delta}\\lbrack\\text{Sn}\^{4 +}\\rbrack}{\\mathrm{\\Delta}t}\\ \$]{.math.inline} ***=*** [\$\\frac{0,00050\\ M}{38,5\\ s}\$]{.math.inline}***= 1,3.10^-5^ M/s*** - ***Het verloop van deze reactie kan ook gevolgd worden door de concentratieverandering v/d reagentia te volgen*** - ***De hvlhd Fe^3+^-ionen die reageren, komt overeen met de hvlhd Fe^2+^-ionen die gevormd w*** - ***De stoichiometrische factor van Fe^3+^ tov Fe^2+^ is 1*** - ***De verandering in Fe^3+^-ionen bedraagt: Δ\[Fe^3+^\] = - 0,0010 M*** - ***Het is een neg getal omdat er Fe^3+^-ionen verbruikt worden De concentratie daalt.*** - ***De [gemiddelde verbruiksnelheid] voor Fe^3+^ =*** [\$\\frac{\|\\mathrm{\\Delta}\\left\\lbrack \\text{Fe}\^{3 +} \\right\\rbrack\|}{\\mathrm{\\Delta}t}\\text{\\ \\ }\$]{.math.inline} ***=*** [\$\\frac{0,0010\\ M}{38,5\\ s}\$]{.math.inline} ***= 2,6.10^-5^ M/s*** - ***Aangezien er slechts één Sn^2+^-ion verbruikt wordt, per twee Fe^3+^-ionen bedraagt Δ\[Sn^2+^\] = - 0,00050 M.*** - ***De gemiddelde verbruiksnelheid voor Sn^2+^ =*** [\$\\frac{\|\\mathrm{\\Delta}\\left\\lbrack \\text{Sn}\^{2 +} \\right\\rbrack\|}{\\mathrm{\\Delta}t}\\ \$]{.math.inline} ***=*** [\$\\frac{0,00050\\ M}{38,5\\ s}\$]{.math.inline} ***= 1,3.10^-5^ M/s*** - ***Aangezien het om éénzelfde reactie gaat, mag de keuze van de stof die men bestudeerd geen invloed hebben op de bepaling van de gemiddelde reactiesnelheid*** - ***Drm deelt men bij de berekening van \ de concentratieverandering per tijdseenheid door de coëfficiënt van de betrokken stof*** - ***Dus voor de reactie 2 Fe^3+^ + Sn^2+^*** → ***2 Fe^2+^ + Sn^4+^, is de gem reactiesnelheid\ \ =*** [\$\\frac{1}{2}\$]{.math.inline} [\$\\frac{\|\\mathrm{\\Delta}\\left\\lbrack \\text{Fe}\^{3 +} \\right\\rbrack\|}{\\mathrm{\\Delta}t}\\ \$]{.math.inline} ***=*** [\$\\frac{1}{1}\$]{.math.inline} [\$\\frac{\|\\mathrm{\\Delta}\\left\\lbrack \\text{Sn}\^{2 +} \\right\\rbrack\|}{\\mathrm{\\Delta}t}\\ \$]{.math.inline} ***=*** [\$\\frac{1}{2}\$]{.math.inline} [\$\\frac{\|\\mathrm{\\Delta}\\left\\lbrack \\text{Fe}\^{2 +} \\right\\rbrack\|}{\\mathrm{\\Delta}t}\\ \$]{.math.inline} ***=*** [\$\\frac{1}{1}\$]{.math.inline} [\$\\frac{\|\\mathrm{\\Delta}\\left\\lbrack \\text{Sn}\^{4 +} \\right\\rbrack\|}{\\mathrm{\\Delta}t}\\ \$]{.math.inline} ***= 1,3.10^-5^ M/s*** **Bij de start v/d** reactie is de reactiesnelheid het grootst - Er is meer kans op een effectieve botsing aangezien er op dit ogenblik het meest reagentia aanwezig zijn - Tijdens de reactie verdwijnen steeds meer reagentia zodat de kans op een effectieve botsing afneemt **Grafische voorstelling v/d concentratie ifv de tijd** - **Daarmee kan men de ogenblikkelijke reactiesnelheid bepalen** - **Men trekt een raaklijk aande kromme (hiernaast) op het tijdstip waarop men die ogenblikkelijke reactiesnelheid wil kennen** - **De neg waarde v/d rico geeft de ogenblikkelijke reactiesnelheid weer** - **Men neemt die waarde omdat de conc afneemt met de tijd\ ** Snelheidsvergelijking --------------------- ***[Snelheidsvergelijking]***: laat toe om de relatie tss de reactiesnelheid e/d concentratie v/D reagentia te voorspellen - De meeste snelheidsvergelijkingen worden experimenteel gevonden Voor de algemene reactie: a A + b B → c C + d D, is de snelheidsvergelijking: v = k. \[A\]m. \[B\]n - Met: \[A\], \[B\] de concentratie van de reagentia uitgedrukt in molair - m, n de exponenten - Dit zijn meestal kleine, pos gehele getallen, hoewel ze soms ook nul zijn - Ze moeten experimenteel bep w omdat ze vaak niet overeenkomen met de coëfficiënten: m ≠ a, n ≠ b - k de reactiesnelheidsconstante - De waarde van k is afh v/d specifieke reactie, de aanwezigheid van een katalysator en de temperatuur - Hoe groter de waarde voor k, hoe sneller de reactie De ***[orde v/e reactie]***: - = de exponenten i/d snelheidsvergelijking - Bepaald de alg vorm v/d snelheidsvergelijking e/d passende eenheid voor k - Deze is afh v/d waarde v/d exponenten - Worden op 2 manieren gebruikt: - Indien m=1 spreken we over een reactie van 1^e^ orde voor A - Indien n = 2 is de reactie van tweede orde voor B, erc Dus: met een snelheidsvgl v/e reactie kan men: - de reactiesnelheid berekenen wanneer de concentratie v/d reagentia gekend zijn - een vergelijking afleiden die de reagensconcentraties weergeeft ifvd tijd Om de snelheidsvgl te bep vertrekt men meestal van experimentele gegevens waarbij beginsnelheid voor verschillende beginconcentraties bepaald wordt